模拟电路基础(复习)-2012

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1、MOSAICDesignlxm@mail.xidian.edu.cn11.TheAnalogICDesignFlow2西电科大微电子学院503MOS器件物理基础李小明lxm@mail.xidian.edu.cn32.BasicMOSDevicePhysics基本特点�MOSFETasaSwtich�VG为“high”，D和S连在一起�VG为“low”，D和S隔离断开�MOSFETstructureBulk（body）4西电科大微电子学院5032.1I/V特性线性区�条件：µnCWox2ID=(VGS−VTH)'2LW12ID=µnCox[(VGS−VTH)VDS−VDS]L2WID=µnCox

2、(VGS−VTH)VDS,VDS<<2(VGS−VTH)L�深线性区深三极管区5西电科大微电子学院5032.1I/V特性饱和区�条件：µnCoxW2ID=(VGS−VTH)'2L6西电科大微电子学院5032.2跨导gm定义�VGS对IDS的控制能力�IDS对VGS变化的灵敏度∂IDgm=∂VGSVDSconstantWW2ID=µnCox(VGS−VTH)=2µnCoxID=LLVGS−VTH7西电科大微电子学院5032.2跨导gm比较�饱和区�线性区WWg=µnCox(VGS−VTH)gm=µnCoxLVDSmLµnCoxW2W[()12]()ID=µnCoxVGS−VTHVDS−VDSID

3、=VGS−VTHL2L'2由于饱和区gm大，一般用饱和区工作的MOS管做信号放大8西电科大微电子学院5032.3二级效应9西电科大微电子学院5032.4MOS饱和区小信号模型低频体效应用独立电流源表征∂VDS111ro====∂ID∂ID/∂VDSµnCWox2λID(VGS−VTH)λ2L沟长调制效应用电阻ro表征10西电科大微电子学院5032.4MOS饱和区小信号模型完整�对于手算，模型不是越复杂越好。能提供合适的精度即可11西电科大微电子学院503MOSSPICEmodel�模型精度决定电路仿真精度�最简单的模型——Level1，0.5µm�适于手算12西电科大微电子学院503单级放大器

4、李小明lxm@mail.xidian.edu.cn133.1NMOS管与PMOS管�在大多数工艺中，NMOS管性能比PMOS管好�迁移率高，高电流驱动能力，高跨导�相同尺寸和偏置电流时，NMOS管rO大，更接近理想电流源，能提供更高的电压增益�对nwell工艺，用PMOS管可消除体效应�独占一个阱本征增益：MOS管器件沟道长度调制效应引起的电阻与器件跨导的乘积，通常在10～30之间。14西电科大微电子学院503基本类型�共源级�共漏极（源跟随器）�共栅极15西电科大微电子学院5033.1共源级�共源级—电阻做负载�共源级—二极管接法的MOS管做负载�共源级—电流源做负载�共源级－深线性区MOS

5、管做负载�共源级－带源极负反馈16西电科大微电子学院5033.1共源级电阻做负载饱和区时大信号关系式小信号增益小信号等效电路两者结果一致增益随Vin的变化而变化，在信号摆幅较大时会引入非线性17西电科大微电子学院5033.1共源级电阻做负载考虑沟长调制效应饱和区时大信号关系式小信号增益小信号等效电路两者结果一致18西电科大微电子学院503共源级——电阻做负载实际应用情况在CMOS工艺下，精确阻值的电阻难加工阻值小时增益小，阻值大时，电阻的尺寸太大，还会降低输出摆幅一般用MOS管代替电阻做负载二极管接法的MOS管、电流源、线性区MOS管模拟集成电路设计19共源级——二极管接法的MOSMOS管做负

6、载二极管接法的MOS管做为小信号电阻来用模拟集成电路设计20共源级——二极管接法的MOSMOS管做负载无体效应时的阻抗I=V/r+gVXXOm1二极管阻抗=(1/g)r≈1/gmOm模拟集成电路设计21共源级——二极管接法的MOSMOS管做负载有体效应时的阻抗VxVx11(gm+gmb)Vx+=Ix=

7、

8、ro≈roIxgm+gmbgm+gmb二极管阻抗比无体效应时小模拟集成电路设计22共源级——二极管接法的MOSMOS管做负载增益1Av=−gm(ro

9、

10、RD)RD≈gm+gmb忽略rO的影响1gm11Av=−gm1=−gm2+gmb2gm21+η模拟集成电路设计23共源级——二极管接法的MOS

11、MOS管做负载增益的特点1gm11Av=−gm1=−gm2+gmb2gm21+ηWgm=2µnCoxIDL(WL/)11Av=−(WL/)1+η2忽略η随Vout的变化时，增益只于W/L有关，与偏置电流、电压无关，线性度很好2qεsiNsubγγ=gmb=gm=ηgmCox22ΦF+VSB模拟集成电路设计24共源级——二极管接法的MOSMOS管做负载用PMOS管做负载时PMOS管无体效应忽略rO时